Aldehyde: Struktur, Eigenschaften, Nomenklatur, Verwendungen und Beispiele

Aldehyde sind organische Verbindungen der allgemeinen Formel RCHO. R eine aliphatische oder aromatische Kette darstellt; C zu Kohlenstoff; Oder Sauerstoff und H zu Wasserstoff. Sie zeichnen sich durch eine Carbonylgruppe sowie Ketone und Carbonsäuren aus, so dass Aldehyde auch Carbonylverbindungen genannt werden.

Die Carbonylgruppe verleiht dem Aldehyd viele seiner Eigenschaften. Es sind Verbindungen, die leicht oxidieren und gegenüber nucleophilen Additionen sehr reaktiv sind. Die Doppelbindung der Carbonylgruppe (C = O) weist zwei Atome auf, die sich in ihrer Elektronenavidität (Elektronegativität) unterscheiden.

Sauerstoff zieht Elektronen stärker an als Kohlenstoff, daher bewegt sich die elektronische Wolke auf sie zu und stellt die Doppelbindung zwischen Kohlenstoff und Sauerstoff mit einem wichtigen Dipolmoment her. Dies macht die Aldehyde zu polaren Verbindungen.

Die Polarität der Aldehyde beeinflusst ihre physikalischen Eigenschaften. Der Siedepunkt und die Löslichkeit von Aldehyden in Wasser sind größer als bei unpolaren chemischen Verbindungen mit ähnlichen Molekulargewichten, wie dies bei Kohlenwasserstoffen der Fall ist.

Aldehyde mit weniger als fünf Kohlenstoffatomen sind wasserlöslich, da Wasserstoffbrücken zwischen dem Sauerstoff der Carbonylgruppe und dem Wassermolekül entstehen. Die Erhöhung der Kohlenstoffzahl der Kohlenwasserstoffkette führt jedoch zu einer Erhöhung des unpolaren Anteils des Aldehyds, wodurch dieser in Wasser weniger löslich wird.

Aber wie geht es ihnen und woher kommen sie? Obwohl seine Natur wesentlich von der Carbonylgruppe abhängt, trägt auch der Rest der Molekülstruktur viel zum Ganzen bei. Sie können daher von beliebiger Größe sein, klein oder groß, oder sogar ein Makromolekül kann Bereiche aufweisen, in denen der Charakter der Aldehyde überwiegt.

So gibt es wie bei allen chemischen Verbindungen "angenehme" Aldehyde und andere bittere. Sie können in natürlichen Quellen gefunden oder in großem Maßstab synthetisiert werden. Beispiele für Aldehyde sind Vanillin, das in Speiseeis (Bild oben) sehr präsent ist, und Acetaldehyd, das alkoholischen Getränken Geschmack verleiht.

Chemische Struktur

Aldehyde bestehen aus einem Carbonyl (C = O), an das ein Wasserstoffatom direkt gebunden ist. Dies unterscheidet es von anderen organischen Verbindungen wie Ketonen (R 2 C = O) und Carbonsäuren (RCOOH).

Die Molekülstruktur um die -CHO-Formylgruppe ist im oberen Bild dargestellt. Die Formylgruppe ist flach, da Kohlenstoff und Sauerstoff eine sp2-Hybridisierung aufweisen. Diese Planarität macht es anfällig für den Angriff von nukleophilen Spezies und oxidiert daher leicht.

Worauf bezieht sich diese Oxidation? Zur Bildung einer Bindung mit irgendeinem anderen Atom elektronegativer als Kohlenstoff; und für den Fall von Aldehyden ist es ein Sauerstoff. Somit wird der Aldehyd zu einer Carbonsäure -COOH oxidiert. Was ist, wenn der Aldehyd reduziert wurde? Ein primärer Alkohol, ROH, würde an seiner Stelle gebildet.

Aldehyde werden nur aus primären Alkoholen hergestellt: solchen, bei denen sich die OH-Gruppe am Ende einer Kette befindet. In ähnlicher Weise befindet sich die Formylgruppe immer am Ende einer Kette oder ragt aus dieser oder dem Ring als Substituent hervor (falls es andere wichtigere Gruppen gibt, wie -COOH).

Physikalische und chemische Eigenschaften

Als polare Verbindungen sind ihre Schmelzpunkte höher als die von unpolaren Verbindungen. Die Aldehydmoleküle sind nicht in der Lage, über Wasserstoffbrückenbindungen intermolekular zu binden, da sie nur Kohlenstoffatome aufweisen, die an Wasserstoffatome gebunden sind.

Aus diesen Gründen haben Aldehyde niedrigere Siedepunkte als Alkohole und Carbonsäuren.

Schmelzpunkte

Formaldehyd -92; Acetaldehyd -121; Propionaldehyd -81; n-Butyraldehyd -99; n-Valeraldehyd -91; Caproaldehyd -; Heptaldehyd - 42; Phenylacetaldehyd -; Benzaldehyd -26.

Siedepunkte

Formaldehyd -21; Acetaldehyd 20; Propionaldehyd 49; n-Butyraldehyd 76; n-Valeraldehyd 103; Caproaldehyd 131; Heptaldehyd 155; Phenylacetaldehyd 194; Benzaldehyd 178

Löslichkeit in Wasser ausgedrückt in g / 100 g H 2 O

Formaldehyd, sehr löslich; Acetaldehyd, unendlich; Propionaldehyd, 16; n-Butyraldehyd, 7; n-Valeraldehyd, schwer löslich; Caproaldehyd, schwer löslich; Schwerlösliches Phenylacetaldehyd; Benzaldehyd, 0, 3.

Die Siedepunkte von Aldehyden neigen dazu, direkt mit dem Molekulargewicht anzusteigen. Im Gegenteil, es besteht die Tendenz, die Löslichkeit der Aldehyde in Wasser zu verringern, wenn ihr Molekulargewicht zunimmt. Dies spiegelt sich in den physikalischen Konstanten der vorgenannten Aldehyde wider.

Reaktivität

Oxidationsreaktion

Die Aldehyde können in Gegenwart einer dieser Verbindungen zu der entsprechenden Carbonsäure oxidiert werden: Ag (NH 3 ) 2, KMnO 4 oder K 2 Cr 2 O 7 .

Reduktion auf Alkohole

Sie können mit Hilfe von Nickel-, Platin- oder Palladiumkatalysatoren hydriert werden. Somit wird C = O in C-OH umgewandelt.

Reduktion zu Kohlenwasserstoffen

In Gegenwart von Zn (Hg), konzentrierter HCl oder in NH 2 NH 2 verlieren die Aldehyde die Carbonylgruppe und werden zu Kohlenwasserstoffen.

Nukleophile Addition

Es gibt verschiedene Verbindungen, die der Carbonylgruppe hinzugefügt werden, darunter: Grignard-Reagenzien, Cyanid, Ammoniak-Derivate und Alkohole.

Nomenklatur

Im oberen Bild sind vier Aldehyde dargestellt. Wie heißen sie?

Da es sich um oxidierte primäre Alkohole handelt, wird der Name des Alkohols in -ol durch -al geändert. Daher wird Methanol (CH 3 OH), wenn es zu CH 3 CHO oxidiert wird, Methanal (Formaldehyd) genannt; CH 3 CH 2 CHO-Ethanal (Acetaldehyd); CH 3 CH 2 CH 2 CHO-Propanal und CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 CHO-Butanal.

Alle neu benannten Aldehyde haben die -CHO-Gruppe am Ende der Kette. Wenn es an beiden Enden ist, wie in A, wird am Ende -al das Präfix di- hinzugefügt. Da A sechs Kohlenstoffatome hat (einschließlich der beiden Formylgruppen), leitet es sich von 1-Hexanol ab und heißt daher Hexan- Zifferblatt .

Wenn ein Substituent wie ein Alkylrest, eine Doppel- oder Dreifachbindung oder ein Halogen vorliegt, sind die Kohlenstoffe der Hauptkette unter Angabe der -CHO-Zahl 1 aufgeführt. Daher wird Aldehyd B genannt: 3-Iodhexanal.

In den Aldehyden C und D hat die -CHO-Gruppe jedoch keine Priorität, um diese Verbindungen von anderen zu identifizieren. C ist ein Cycloalkan, während D ein Benzol ist, wobei beide von H durch eine Formylgruppe substituiert sind.

In ihnen wird die Formylgruppe als Carbaldehyd bezeichnet, da die Hauptstruktur cyclisch ist. Somit ist C Cyclohexancarbaldehyd und D Benzecarbaldehyd (besser bekannt als Benzaldehyd).

Verwendet

Es gibt Aldehyde in der Natur, die einen angenehmen Geschmack verleihen können, wie beispielsweise Zimtaldehyd, der für den charakteristischen Geschmack von Zimt verantwortlich ist. Deshalb werden sie häufig als künstliche Aromastoffe in vielen Produkten wie Süßigkeiten oder Lebensmitteln verwendet.

Formaldehyd

Der Formaldehyd ist der Aldehyd, der in größerer Menge industriell hergestellt wird. Der durch die Oxidation von Methanol erhaltene Formaldehyd wird in einer 37% igen Lösung des Gases in Wasser unter dem Namen Formalin verwendet. Dies wird zum Bräunen von Häuten und zum Konservieren und Einbalsamieren von Leichen verwendet.

Ebenso wird Formaldehyd als Germizid, Fungizid und Insektizid für Pflanzen und Gemüse eingesetzt. Sein größter Nutzen ist jedoch der Beitrag zur Herstellung von Polymermaterial. Der als Bakelit bezeichnete Kunststoff wird durch die Reaktion zwischen Formaldehyd und Phenol synthetisiert.

Bakelit

Bakelit ist ein Polymer mit dreidimensionaler Struktur und großer Härte, das in vielen Haushaltsgegenständen wie Grifftöpfen, Pfannen, Kaffeemaschinen, Messern usw. verwendet wird.

Bakelitähnliche Polymere werden aus Formaldehyd in Kombination mit den Verbindungen Harnstoff und Melamin hergestellt. Diese Polymere werden nicht nur als Kunststoffe, sondern auch als Klebstoff und Beschichtungsmaterial verwendet.

Sperrholz

Sperrholz ist die Handelsbezeichnung für ein Material, das aus dünnen Holzplatten besteht, die durch aus Formaldehyd hergestellte Polymere verbunden sind. Die Marken Formica und Melmac werden unter Beteiligung dieser hergestellt. Formica ist ein Kunststoff, der für Möbelbezüge verwendet wird.

Melmac-Kunststoff wird für die Zubereitung von Geschirr, Gläsern, Tassen usw. verwendet. Der Formaldehyd ist Rohstoff für die Synthese der Verbindung Methylendiphenyldiisocyanat (MDI), Vorstufe von Polyurethan.

Polyurethan

Polyurethan wird als Isolierung in Kühl- und Gefrierschränken, Möbelpolstern, Matratzen, Beschichtungen, Klebstoffen, Sohlen usw. verwendet.

Butiraldehyd

Butyraldehyd ist der Hauptvorläufer für die Synthese von 2-Ethylhexanol, das als Weichmacher verwendet wird. Es hat ein angenehmes Apfelaroma, das die Verwendung in Lebensmitteln als Aroma ermöglicht.

Es wird auch zur Herstellung von Gummibeschleunigern verwendet. Greift als Zwischenreagenz in die Herstellung von Lösungsmitteln ein.

Acetaldehyd

Acetaldehyd wurde zur Herstellung von Essigsäure verwendet. Diese Funktion von Acetaldehyd hat jedoch an Bedeutung verloren, da sie durch den Carbonylierungsprozess von Methanol verdrängt wurde.

Synthesis

Andere Aldehyde sind Vorstufen von Oxoalkoholen, die bei der Herstellung von Waschmitteln eingesetzt werden. Die sogenannten Oxoalkohole werden hergestellt, indem Kohlenmonoxid und Wasserstoff zu einem Olefin gegeben werden, um einen Aldehyd zu erhalten. Und schließlich wird der Aldehyd hydriert, um den Alkohol zu erhalten.

Einige Aldehyde werden zur Herstellung von Parfums verwendet, wie im Fall von Chanel Nr. 5. Viele Aldehyde natürlichen Ursprungs riechen angenehm, zum Beispiel: Heptanal riecht nach grünem Gras; das Oktanal ein Orangenduft; der nonanal riecht nach Rosen und der citral nach Limette.

Beispiele für Aldehyde

Glutaraldehyd

Der Glutaraldehyd weist in seiner Struktur an beiden Enden zwei Formylgruppen auf.

Es wird unter der Bezeichnung Cidex oder Glutaral vertrieben und dient als Desinfektionsmittel zur Sterilisation von chirurgischen Instrumenten. Es wird bei der Behandlung von Warzen an den Füßen verwendet, wobei es sich selbst als Flüssigkeit aufträgt. Es wird auch als Gewebefixierungsmittel in Laboratorien für Histologie und Pathologie verwendet.

Benzaldehyd

Es ist der einfachste aromatische Aldehyd, der durch einen Benzolring gebildet wird, an den eine Formylgruppe gebunden ist.

Es ist in Mandelöl enthalten, daher sein charakteristischer Geruch, der es ermöglicht, es als Lebensmittelaroma zu verwenden. Darüber hinaus wird es bei der Synthese von organischen Verbindungen im Zusammenhang mit der Herstellung von Arzneimitteln und bei der Herstellung von Kunststoffen verwendet.

Glycerinaldehyd

Es ist eine Aldotriose, ein Zucker aus drei Kohlenstoffatomen. Es hat zwei Isomere, die als D- und L-Enantiomere bezeichnet werden: Der Glycerinaldehyd ist das erste Monosaccharid, das in der Photosynthese während der Dunkelphase (Calvin-Zyklus) erhalten wird.

Glycerinaldehyd-3-phosphat

Die Struktur von Glycerinaldehyd-3-phosphat ist im oberen Bild dargestellt. Die roten Kugeln neben dem gelben entsprechen der Phosphatgruppe, die schwarzen Kugeln dem Kohlenstoffgerüst. Die rote Kugel, die mit der weißen Kugel verbunden ist, ist die OH-Gruppe. Wenn sie jedoch mit der schwarzen Kugel und der weißen Kugel verbunden ist, ist sie die CHO-Gruppe.

Das Glycerinaldehyd-3-phosphat, das an der Glycolyse beteiligt ist, einem Stoffwechselprozess, bei dem Glucose unter Bildung von ATP zu Brenztraubensäure abgebaut wird, einem Energiereservoir für Lebewesen. Darüber hinaus aus der Herstellung von NADH, einem biologischen Reduktionsmittel.

Bei der Glykolyse entstehen Glycerinaldehyd-3-phosphat und Dihydroacetonphosphat aus der Spaltung von D-Fructose-1-6-bisphosphat

Das Glycerinaldehyd-3-phosphat greift in den als Pentose-Zyklus bekannten Stoffwechselprozess ein. Dabei entsteht NADPH, ein wichtiger biologischer Reduktionsfaktor.

11-cis-Retinal

Β-Carotin ist ein natürliches Pigment in verschiedenen Gemüsen, insbesondere in Karotten. Er macht einen oxidativen Bruch in der Leber durch und wandelt sich in Alkoholretinol oder Vitamin A um. Die Oxidation von Vitamin A und die anschließende Isomerisierung einer seiner Doppelbindungen bildet den 11-cis-Retinalaldehyd.

Pyridoxalphosphat (Vitamin B6)

Es ist eine prothetische Gruppe, die mit mehreren Enzymen verbunden ist, die aktive Form von Vitamin B6 und am Synthesevorgang des inhibitorischen Neurotransmitters GABA beteiligt ist.

Wo ist die Formylgruppe in ihrer Struktur? Beachten Sie, dass sich dies von den übrigen Gruppen unterscheidet, die an den aromatischen Ring gebunden sind.

Salicylaldehyd

Es ist ein Rohstoff für die Synthese von Acetylsalicylsäure, einem analgetischen und fiebersenkenden Wirkstoff namens Aspirin.